(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体が流れる貫通した第１貫通流路（３３）および第２貫通流路（２４）を有するバルブボディ（１）と、第１貫通流路（３３）および第２貫通流路（２４）と交差するテーパ形キャビティ（３２）と、開放状態において第１貫通流路（３３）および第２貫通流路（２４）と連通するプラグポート（３０）とを備え、テーパ形キャビティ（３２）の内部に回転可能なテーパ形プラグ（２）が設置され、テーパ形プラグ（２）は閉止状態において第１貫通流路（３３）および第２貫通流路（２４）を遮断するために用いられ、バルブボディ（１）の上部にボンネットユニットが設けられ、ボンネットユニットを貫通して駆動ステム（５）が設けられ、駆動ステム（５）の底部にステム支持座（１６）が設けられているハードシールプラグバルブであって、
駆動ステム（５）の外側にはテーパ形プラグ（２）を上昇させる伸縮機構（１５）と、テーパ形プラグ（２）をテーパ形キャビティ（３２）へ向かわせる弾性押さえ機構とが設けられており、プラグ支持座（１４）とテーパ形プラグ（２）とは連結しており、駆動ステム（５）が回転することにより伸縮機構（１５）を伸展させ、伸縮機構（１５）を伸展させると弾性押さえ機構が収縮するとともにテーパ形プラグ（２）が持ち上げられ、駆動ステム（５）がさらに回転することにより伸縮機構（１５）を収縮させ、伸縮機構（１５）を収縮させると弾性押さえ機構が伸展するとともにテーパ形プラグ（２）がテーパ形キャビティ（３２）へ押し下げられてシール圧を生じさせ、ステム支持座（１６）は上位置制限軸肩部（１７）と下位置制限軸肩部（１９）を有し、ステム支持座（１６）の上位置制限軸肩部（１７）と下位置制限軸肩部（１９）との間に位置する部分にはねじ山が切られており、ステム支持座（１６）のねじ山の外側に太陽ギア（１８）が組み付けられ、太陽ギア（１８）と同一平面のインナーギア（２３）がバルブボディ（１）上部に接合されており、インナーギア（２３）と太陽ギア（１８）の間には２つまたは３つの遊星ギア（２２）が設置され、遊星ギア（２２）の中央の遊星ギア回転軸（２１）はテーパ形プラグ（２）と連結しており、駆動ステム（５）が回転を開始した直後は太陽ギア（１８）はらせん状に上下運動するのみでトルクを伝達せず、テーパ形プラグ（２）が上昇して、太陽ギア（１８）が上位置制限軸肩部（１７）または下位置制限軸肩部（１９）から制約を受けたとき、駆動ステム（５）は太陽ギア（１８）を連動して回転させるとともにテーパ形プラグ（２）を一定の角度まで回転させてからストップさせ、このとき遊星ギア（２２）が空転して、駆動ステム（５）は開閉操作が完了するまで続けて回転することができる、
ハードシールプラグバルブ。
【請求項２】
前記伸縮機構（１５）は両側に内ねじ山と外ねじ山とを設けたライナー（５１）を備え、ライナー（５１）の内側と外側にはそれぞれインナースクリューロッド（５２）および外カバー（４８）が設けられ、インナースクリューロッド（５２）の外側には第１ねじ山が切られ、外カバー（４８）の内側には第２ねじ山が切られ、第１ねじ山と内ねじ山が第１ねじ山組を形成し、第２ねじ山と外ねじ山が第２ねじ山組を形成し、第１ねじ山組と第２ねじ山組の進行方向は逆であり、ライナー（５１）の上方および下方の、外カバー（４８）とインナースクリューロッド（５２）の間に回転下降位置ブロック装置（５３）および回転上昇位置ブロック装置（５４）が設けられている、
請求項１に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項３】
インナースクリューロッド（５２）の外側の第１ねじ山の両端に上軸肩部（５７）と下軸肩部（５８）が設けられており、第１ねじ山と外カバー（４８）の内側の第２ねじ山との長さは等しく、かつねじ山の長さはライナー（５１）の長さより大きい、
請求項２に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項４】
前記回転下降位置ブロック装置（５３）は上切換ピン（６０）を備え、上切換ピン（６０）の底部には上ストッパ（６１）が設けられ、前記ライナー（５１）の上縁部には上ストッパ溝（６２）が設けられており、上ストッパ溝（６２）と上ストッパ（６１）とが係合して前記ライナー（５１）の一方向への回転を阻止し、前記回転上昇位置ブロック装置（５４）は下切換ピン（６３）を備え、下切換ピン（６３）の上部には下ストッパ（６４）が設けられ、前記ライナー（５１）の下縁部には下ストッパ溝（６５）が設けられており、下ストッパ溝（６５）と下ストッパ（６４）とが係合して前記ライナー（５１）の他の一方向への回転を阻止する、
請求項２に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項５】
上切換ピン（６０）の内壁は１段の階段状であり、インナースクリューロッド（５２）が上に向かって回転するとき上軸肩部（５７）と嵌合して、最大ストロークに達したとき上ストッパ（６１）を上ストッパ溝（６２）から離脱させ、このとき下ストッパ（６４）と下ストッパ溝（６５）は完全に係合し、下切換ピン（６３）の内壁も同様に１段の階段状であり、インナースクリューロッド（５２）が下に向かって回転するとき下軸肩部（５８）と嵌合して、最大ストロークに達したとき下ストッパ（６４）を下ストッパ溝（６５）から離脱させ、このとき上ストッパ（６１）と上ストッパ溝（６２）は完全に係合する、
請求項４に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項６】
前記上切換ピン（６０）または前記下切換ピン（６３）の外壁形状は正多角形または円形であり、前記上切換ピン（６０）または前記下切換ピン（６３）の外壁形状が正多角形の場合には、前記外カバー（４８）両端の第２ねじ山が形成されていない内壁の形状は、前記上切換ピン（６０）または前記下切換ピン（６３）の外壁形状に合致した正多角形であり、前記上切換ピン（６０）または前記下切換ピン（６３）の外壁形状が円形の場合には、前記上切換ピン（６０）または前記下切換ピン（６３）の外壁に直線ストローク溝を設け、外カバー伝動フラットキー（４９）の一方の側を直線ストローク溝内に配置して、他方の側を前記外カバー（４８）の内壁上に固定する、
請求項４に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項７】
前記インナーギア（２３）には、前記遊星ギア（２２）と対応し、かつストロークが同一の連続歯が設けられ、１区間の連続歯は１つの遊星ギア（２２）と噛合し、連続歯１区間ごとに第１可動歯（４０）と第２可動歯（３７）を有し、第１可動歯（４０）と第２可動歯（３７）は対称に配置され、第１可動歯（４０）と第２可動歯（３７）は可動歯軸（３９）を軸に回転し、第１可動歯（４０）と第２可動歯（３７）には、それぞれ第１可動歯ばね（４２）と第２可動歯ばね（３８）とが接続されており、第１可動歯（４０）と第２可動歯（３７）との端部の上方および下方にはそれぞれ第１ストッパ（４１）と第２ストッパ（４３）が設けられている、
請求項１に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項８】
前記インナーギア（２３）は弧状ストローク溝を有し、テーパ形プラグ（２）に固定されたバルブコア位置制限ピン（３１）が弧状ストローク溝内に配置され、弧状ストローク溝の弧度は、前記テーパ形プラグ（２）の開放から閉止まで、または閉止から開放までに要する回転の角度と同一である、
請求項７に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項９】
バルブボディ（１）は三方または四方流路を有する、
請求項１に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項１０】
前記伸縮機構（１５）は前記テーパ形プラグ（２）の下方に設置されている、
請求項１に記載のハードシールプラグバルブ。
【請求項１１】
前記駆動ステム（５）の頂端には、駆動ステム（５）の周りを囲むように１つの円形のマグネット（６６）が配置され、マグネット（６６）の外側はシールドカバー（６７）で覆われている、
請求項１に記載のハードシールプラグバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハードシールプラグバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラグバルブは、構造がシンプルで開閉が早く、圧力降下も小さいため、一定範囲において広く応用されている。プラグバルブはハードシールプラグバルブとソフトシールプラグバルブに分類される。
【０００３】
現在のソフトシールプラグバルブのプラグのテーパ形外表面と、バルブキャビティのテーパ形内表面との間には、密封・潤滑シートを設けなければならないが、テーパ形プラグの太い方の端部に軸方向にシール圧を生じさせ、プラグの回転時にも同じシール圧が保たれるため、回転時のトルクが大きく、シール面の摩損も大きい。高温のショックや振動を受けると潤滑シートが破損して、プラグがバルブキャビティ内につかえて開けなくおそれがある。また、使用中に高温またはパイプ内の圧力の急上昇によって、テーパ形プラグがバルブキャビティから離脱し、パイプ内の媒体が密封室内に流入して密封シートを押し流すおそれがある。
【０００４】
ハードシールプラグバルブは密封シートを用いないが、回転時のトルクが非常に大きく、シール面の摩損がより甚大である。
【０００５】
過去には、まずプラグを持ち上げ回転させてから押し下げる、リフト式プラグバルブや二動作式プラグバルブといったプラグバルブも登場したが、２組以上の操作機構と２つ以上の動作を必要とするため、バルブの構造が複雑になり操作も不便であった。このため、この改良型プラグバルブはさほど普及しなかった。
【０００６】
中国発明特許２００７１００４６０９４号には、シンプルな構造であると同時に、ひとつの動作のみで「まず持ち上げ回転させてから押し下げる」ことができる浮動式円錐プラグバルブが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
当該特許は密封および切換の問題は解決しているものの、次のような問題点がある。第一の問題は、バルブの切換前にテーパ形プラグを浮上させる装置として圧縮ばねを使用している点である。テーパ形プラグとバルブキャビティのシール面とがつかえて（抱き込まれて）動かない場合、つかえた（抱き込まれた）テーパ形プラグはたいてい上向きの衝撃力が加わることでバルブキャビティから離脱できるが、圧縮ばねは静的弾性のみで衝撃力を持たないため、圧縮ばねを用いても、確実にプラグを浮上させることはできない。また、テーパ形プラグを浮上させるためには、ばねに一定の弾力が必要だが、テーパ形プラグを押し下げる際にはこの弾力を克服しなければならない。もし、もともとテーパ形プラグを浮上させるばねがない場合に、軸方向に１００００Ｎの力を加えてプラグを押し下げシール圧を生じさせる必要があれば、浮上した圧縮ばねを圧縮した後の弾力を２００００Ｎとすると、１００００Ｎの軸方向の力のベースの上に更に２００００Ｎの軸方向の力を加えてばねの弾力を克服しなければならない。このように、テーパ形プラグを押し下げるのにトータルで３００００Ｎの軸方向の力を加える必要があり、加える力は元の３倍の力となる。つまりステムを駆動するのに要する駆動力が余分に２倍増えることになる。
【０００８】
第二の問題は、トルクレミッターによりテーパ形プラグを回転させている点である。すなわち、テーパ形プラグが浮上したあとプラグを回転させるトルクは一定であり、この一定のトルクを超えると駆動ステムはテーパ形プラグからはずれて空転するが、駆動ステムをそのまま回転させつつテーパ形プラグを押し下げる。しかし、バルブゲートを開いた状態から閉じた状態に切換える際、流体の流速による動圧によってプラグ流路の方向転換を阻止され、旋回流モーメントが生じる。この旋回流モーメントはテーパ形プラグの回転を阻止する抵抗力であり、流体の圧力、流速に関係するため、トルクを一定にするトルクレミッターを用いた場合には、一般的にテーパ形プラグの確実な回転が保証されない。
【０００９】
本発明の目的は、迅速かつ確実にバルブの開閉を行うことのできるプラグバルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の提供するハードシールプラグバルブは、媒体が流れる貫通した第１貫通流路および第２貫通流路を有するバルブボディと、第１貫通流路および第２貫通流路と交差するテーパ形キャビティと、開放状態において第１貫通流路および第２貫通流路と連通するプラグポート、とを備え、テーパ形キャビティの内部に回転可能なテーパ形プラグが設置され、テーパ形プラグは閉止状態において第１貫通流路および第２貫通流路を遮断するために用いられ、バルブボディの上部にボンネットユニットが設けられ、ボンネットユニットを貫通して駆動ステムが設けられ、駆動ステムの底部にステム支持座が設けられているハードシールプラグバルブであって、駆動ステムの外側にはテーパ形プラグを上昇させる伸縮機構と、テーパ形プラグをテーパ形キャビティへ向かわせる弾性押さえ機構とが設けられており、プラグ支持座とテーパ形プラグとは連結しており、駆動ステムが回転することにより伸縮機構を伸展させ、伸縮機構を伸展させると弾性押さえ機構が収縮するとともにテーパ形プラグが持ち上げられ、駆動ステムがさらに回転することにより伸縮機構を収縮させ、伸縮機構を収縮させると弾性押さえ機構が伸展するとともにテーパ形プラグがテーパ形キャビティへ押し下げられてシール圧を生じさせ、ステム支持座は上位置制限軸肩部と下位置制限軸肩部を有し、ステム支持座の上位置制限軸肩部と下位置制限軸肩部との間に位置する部分にはねじ山が切られており、ステム支持座のねじ山の外側に太陽ギアが組み付けられ、太陽ギアと同一平面のインナーギアがバルブボディ上部に接合されており、インナーギアと太陽ギアの間には２つまたは３つの遊星ギアが設置され、遊星ギアの中央の遊星ギア回転軸はテーパ形プラグと連結しており、駆動ステムが回転を開始した直後は太陽ギアはらせん状に上下運動するのみでトルクを伝達せず、テーパ形プラグが上昇して、太陽ギアが上位置制限軸肩部または下位置制限軸肩部から制約を受けたとき、駆動ステムは太陽ギアを連動して回転させるとともにテーパ形プラグを一定の角度まで回転させてからストップさせ、このとき遊星ギアが空転して、駆動ステムは開閉操作が完了するまで続けて回転することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ねじ伝動の伸縮機構を用いてテーパ形プラグの浮上を実現し、テーパ形プラグが浮いた状態において遊星減速機構を用いてテーパ形プラグを回転させ、回転後に弾性押さえ機構を用いてバルブキャビティに押し込むとともにシール圧を加える。これにより、どのような状況においてもテーパ形プラグを確実に浮上、回転、密封することができる。また、本プラグバルブの駆動モーメントは一般的なプラグバルブ７分の１以下であり、例えば、ＤＮ１００、４．０ＭＰａの一般的ハードシールプラグバルブは、通常１５０Ｎ．ｍの駆動モーメントを要するが、本バルブの駆動モーメントは２０Ｎ．ｍで十分である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明のハードシールプラグバルブの閉止状態の概念図である。
【図２】図２は駆動ステムと伸縮機構のインナースクリューロッドの嵌合の概念図である。
【図３】図３は本発明のハードシールプラグバルブの、プラグを方向転換する中間状態の概念図である。
【図４】図４は弾性押さえ機構の嵌合の概念図である。
【図５Ａ】図５Ａは伸縮機構の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは伸縮機構の一部ユニットの概念図である。
【図６Ａ】図６Ａは正六角形の上切換ピンの正面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは正六角形の上切換ピンの平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは正六角形の下切換ピンの正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは正六角形の下切換ピンの平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは円形の上切換ピンの正面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは円形の上切換ピンの平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは円形の下切換ピンの正面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは円形の下切換ピンの平面図である。
【図１０】図１０は駆動ステムを時計回りに回転させてバルブゲートを閉じた状態における遊星減速機構の概念図である。
【図１１】図１１は伸縮機構がテーパ形プラグの下部に設置されている四方形プラグバルブの概念図である。
【図１２】図１２は磁気誘導駆動の伸縮機構がテーパ形プラグの下部に設置されている四方形プラグバルブの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例と結び付けて具体的に本発明を説明する。
【００１４】
[実施例１]
本発明が提供するハードシートプラグバルブのおおまかな動作は以下のとおりである。図１に示すプラグバルブは閉止状態にあり、このときテーパ形プラグ２の中央部のプラグポート３０は、バルブボディ１の第１貫通流路３３および第２貫通流路２４と交差している。プラグバルブを開放するとき、駆動ステム５を逆時計回りに回転させると、弾性押さえ機構がただちに収縮する。図２に示すとおり、駆動ステム５と伸縮機構１５のインナースクリューロッド５２は隙間嵌めになっており、弾性押さえ機構の皿ばね９の弾性ストロークが完全に弛緩した状態まで伸ばされると、伸縮機構１５のインナースクリューロッド５２が駆動ステム５の動きに連動して逆時計回りに回転して、伸縮機構１５が伸長を開始し、プラグ支持座１４を持ち上げる。これによりテーパ形プラグ２が連動して上昇し、一定の位置まで上昇した後、駆動ステム５をさらに続けて逆時計回りに回転させると、遊星減速機構がテーパ形プラグを回転させ、プラグポート３０の両端の位置を第１貫通流路３３、第２貫通流路２４にそれぞれ合わせる。同時に、伸縮機構１５が収縮し、弾性押さえ機構が伸長して、プラグ支持座１４を押し下げることで、テーパ形プラグ２が下降する。テーパ形プラグが所定位置まで下降するとバルブは開放する。以下、図面を参照して本発明の構成を具体的に述べる。
【００１５】
図１および図３に示すとおり、本発明のハードシールプラグバルブはバルブボディ１を有し、バルブボディ１の左右両側にはそれぞれ媒体を流すための第１貫通流路３３および第２貫通流路２４が設けられ、バルブボディ１内には第１貫通流路３３および第２貫通流路２４と交差するテーパ形キャビティ３２を有する。ボディ支持座３は両側のボンネット固定ねじ２５によってバルブボディ１の頂部に取り付けられており、バルブボディ１とボディ支持座３の間にはフランジ固定ガスケット２６が取り付けられている。ボディフランジ２８はボディフランジ固定ねじ２７でバルブボディ１の底部に取り付けられている。ボディ支持座３の上にボンネット６が取り付けられ、ボンネット６の頂端には止めナット４がはめ込まれており、止めナット４とボンネット６の間にはシール部材７が取り付けられている。テーパ形プラグ２はバルブボディ１のテーパ形キャビティ３２内に取り付けられている。テーパ形プラグ２の中央部にはプラグポート３０が設けられており、プラグポート３０はバルブの開放状態においては第１貫通流路３３および第２貫通流路２４と連通する。プラグポート３０の両側にはバランス孔２９が設けられている。テーパ形プラグ２はテーパ形キャビティ３２内で上下に浮動するとともに回転でき、バルブの閉止状態において、テーパ形プラグ２は第１貫通流路３３と第２貫通流路２４とを遮断する。駆動ステム５は止めナット４、ボンネット６およびシール部材７を貫いてボディ支持座３内に設けられている。
【００１６】
図４に示すとおり、弾性押さえ機構は駆動ステム５の外側にはめられている。弾性押さえ機構は、駆動ステム５の外側を覆う押さえ内カバー１１と、押さえ内カバー１１の外側を覆う押さえ外カバー１２を有し、押さえ内カバー１１と押さえ外カバー１２とは、ねじ山で嵌合している。押さえ内カバー１１と押さえ外カバー１２の上方にはニードルベアリング１０が取り付けられており、ニードルベアリング１０は駆動ステム５外側にはめられている。ニードルベアリング１０とボディ支持座３の間には皿ばね９が設置されている。押さえ内カバー１１と押さえ外カバー１２はプラグ支持座１４上に設置され、プラグ支持座１４とテーパ形プラグ２とは連結している。
【００１７】
図５Ａおよび図５Ｂに示すとおり、駆動ステム５の外側には伸縮機構１５が設けられている。伸縮機構１５は、両側に内ねじ山および外ねじ山が切られたライナー５１を有し、ライナー５１の内側および外側にはそれぞれインナースクリューロッド５２と外カバー４２が設けられ、ライナー５１はキーによってインナースクリューロッド５２と外カバー４２の間に配置されている。インナースクリューロッド５２は駆動ステム５の外側にはめられ、インナースクリューロッド５２の中央はキー溝を有する中空で、キーピンを有する駆動ステム５と隙間嵌めされている。駆動ステム５の回転に連動してインナースクリューロッド５２もともに回転するが、軸方向の動きは制限されない。インナースクリューロッド５２の外側には上軸肩部５７および下軸肩部５８を有する第１ねじ山が切られており、第１ねじ山は時計回りのねじ山である。外カバー４８の内側には上軸肩部および下軸肩部を有する第２ねじ山が切られており、第２ねじ山は逆時計回りのねじ山である。ライナー５１の内側および外側には、それぞれ内ねじ山と外ねじ山が切られている。外カバー４８はライナー５１の外に組み付けられており、ライナー５１と外ねじ山で嵌合している。外カバー４８の上軸肩部、下軸肩部はライナー５１の移動範囲を制限しており、上下両軸肩部間のねじ山の長さおよびピッチは、インナースクリューロッド５２の外ねじ山と等しい。ライナー５１の内ねじ山はインナースクリューロッド５２の第１ねじ山と嵌合し、インナースクリューロッド５２の上軸肩部５７と下軸肩部５８の間のみを移動する短いねじである。ライナー５１の外ねじ山と内ねじ山のピッチは等しいが、回転方向は逆である。したがって、第１ねじ山と内ねじ山が第１ねじ山組を、第２ねじ山と外ねじ山が第２ねじ山組を形成し、第１ねじ山組と第２ねじ山組の回転方向は逆になっている。外カバー４８とインナースクリューロッド５２との間には回転下降位置ブロック装置５３と回転上昇位置ブロック装置５４を有し、回転下降位置ブロック装置５３と回転上昇位置ブロック装置５４はそれぞれライナー５１の上方および下方に設けられている。外カバー４８内側の両端はそれぞれキー溝を有するか、または回転下降位置ブロック装置５３および回転上昇位置ブロック装置５４と似た形状を呈し、内部にセットされた回転下降位置ブロック装置５３および回転上昇位置ブロック装置５４が相対的に移動しないようにしている。外カバー４８の外側は動きを制限する形状であり、プラグ支持座１４と嵌合して外カバー４８が回転することを防止している。回転下降位置ブロック装置５３および回転上昇位置ブロック装置５４はインナースクリューロッド５２の外側、ライナー５１の両端に組み付けられている。
【００１８】
回転下降位置ブロック装置５３は上切換ピン６０を有し、上切換ピン６０の底部には上ストッパ６１が設けられている。前記ライナー５１の上縁部に設けられた上ストッパ溝６２と上ストッパ６１が係合して前記ライナー５１の逆時計回りの回転を阻止し、時計回りにのみ回転できるようにしている。上切換ピン６０とインナースクリューロッド５２の間に第１ばね５０が接続されている。回転上昇位置ブロック装置５４は下切換ピン６３を有し、下切換ピン６３の底部には下ストッパ６４が設けられている。前記ライナー５１の下縁部に設けられた下ストッパ溝６５と下ストッパ６４が係合して前記ライナー５１の時計回りの回転を阻止し、逆時計回りにのみ回転できるようにしている。下切換ピン６３とインナースクリューロッド５２の間に第２ばね５５が接続されている。第１ばね５０と第２ばね５５の作用により、回転下降位置ブロック装置５３および回転上昇位置ブロック装置５４の上切換ピン６０および下切換ピン６３は、つねに一方がライナー５１の溝内に係合している。
【００１９】
上切換ピン６０および下切換ピン６３の内壁は一段の階段状になっており、インナースクリューロッド５２の上部には上切換ピン６０の階段状内壁と嵌合する上軸肩部５７が設けられており、インナースクリューロッド５２の下部には下切換ピン６３の階段状内壁と嵌合する下軸肩部５８が設けられている。
【００２０】
インナースクリューロッド５２の上軸肩部５７と下軸肩部５８との間の第１ねじ山を、長さＬの時計回りのねじ山とし、ライナー５１の長さをＴとすると、ライナー５１の内ねじ山は時計回りのねじ山で、外ねじ山は逆時計回りのねじ山でなければならず、Ｔは必ずＬより小さく、伸縮機構１３全体の伸長ストロークＳは、Ｓ＝Ｌ−Ｔである。
【００２１】
伸長機構１５が図５Ｂの状態にあるとき、上切換ピン６０の上ストッパ６１がライナー５１の上ストッパ溝６２内に係合するとともに、下切換ピン６３内の階段状内壁がインナースクリューロッド５２にぶつかって止まり、下ストッパ６４はライナー５１の下ストッパ溝６５から離脱する。このとき、駆動ステム５を逆時計回りに回転させると、駆動ステム５がインナースクリューロッド５２との隙間嵌めの隙間を経過した後、インナースクリューロッド５２が連動して逆時計回りに回転する。このとき、上ストッパ６１がライナー５１の上ストッパ溝６２に係合しているため、ライナー５１も逆時計回りする。したがって第２ねじ山組は機能しない。同時に、第１ねじ山組の作用によりインナースクリューロッド５２が上昇し、インナースクリューロッド５２の上軸肩部５７が上切換ピン６０の階段状内壁に突き当たると、上切換ピン６０が連動して上昇する。インナースクリューロッド５２が、ライナー５１の下端面Ｄとインナースクリューロッド５２の下軸肩部５８の端面が重なるまで上昇すると、上ストッパ６１は完全に上ストッパ溝６２から離脱し、ライナー５１は逆時計回りに回転可能となる。同時に、下ストッパ６４は下ストッパ溝６５内にはめ込まれる（駆動ステム５の時計回りの回転の準備が整う）。続けて駆動ステム５を回転させると、インナースクリューロッド５２の下軸肩部５８の端面が第１ねじ山組の動きを制限するため、ライナー５１はインナースクリューロッド５２に連動し、第２ねじ山組の作用により、ライナー５１の下端面Ｄと外カバー４８の下軸肩部Ｅ面が重なるまで、ライナー５１とともに下降する。このとき、インナースクリューロッド５２と外カバー４８はぴったりそろい、伸長と収縮の１プロセスが完了する。
【００２２】
上切換ピン６０および下切換ピン６３が外カバー４８に対して回転しないことを保証するために、図６Ａ〜図７Ｂに示すとおり、上切換ピン６０と下切換ピン６３の外壁の形状を正多角形としてもよい。この場合、第２ねじ山の形成されていない外カバー４８の両端の内壁形状は、上切換ピン６０および下切換ピン６３の外壁形状に合致する正多角形である。
【００２３】
上切換ピン６０と下切換ピン６３の外壁形状が円形であれば、図８Ａ〜図９Ｂに示すとおり、上切換ピン６０と下切換ピン６３の外壁に直線ストローク溝を設け、外カバー伝動フラットキー４９の一方の側を直線ストローク溝内に配置して他方の側を前記外カバー４８の内壁に固定する。
【００２４】
図１および図３に示すとおり、駆動ステム５の底部にはステム支持座１６を有する。ステム支持座１６の底部は、上位置制限軸肩部１７と下位置制限軸肩部１９を備えたねじ山であり、このねじ山は遊星減速機構を貫通している。テーパ形プラグ２と遊星減速機構は連結しており、テーパ形プラグ２は遊星減速機構を介して、駆動ステム５に連動して回転する。駆動ステム５を前記弾性押さえ機構が完全に収縮するまで回転させると、伸縮機構１５は完全に伸長し、テーパ形プラグ２を最も高い位置まで上昇させる。このとき上位置制限軸肩部１７は前記遊星減速機構の太陽ギア１８をブロックし、太陽ギア１８を動かして回転させる。弾性押さえ機構が完全に収縮するまで駆動ステム５を逆方向に回転させると、伸縮機構１５は完全に伸長し、テーパ形プラグ２を最も高い位置まで上昇させ、前記下位置制限軸肩部１９が前記遊星減速機構の太陽ギア１８をブロックする。
【００２５】
図１０に示すとおり、遊星減速機構は太陽ギア１８を有し、太陽ギア１８は上位置制限軸肩部１７と下位置制限軸肩部１９の間のねじ山の外に組み付けられている。駆動ステム５が回転を開始した直後は、太陽ギア１８はらせん状の上下運動をするだけでトルクを伝達していない。太陽ギア１８と駆動ステム５の回転が上位置制限軸肩部１７に制限されたとき、駆動ステム５ははじめて太陽ギア１８を動かし、連動して回転させる。バルブボディ１の上部の、太陽ギア１８と同一平面上には、インナーギア２３が固定して設置されている。インナーギア２３と、太陽ギア１８の周囲との間には、インナーギア２３及び太陽ギア１８と噛合した３つの遊星ギア２２が設けられている。遊星ギア２２の中央には遊星ギア回転軸２１を有し、遊星ギア回転軸２１と前記テーパ形プラグ２は連結している。インナーギア２３には、ストロークが同一の３区間の連続歯が設けられ、１区間の連続歯はそれぞれ１つの遊星ギア２２と噛合し、１区間の連続歯はそれぞれ２つの可動歯ユニットを有する。
【００２６】
位置を制限するために、前記インナーギア２３上には弧状ストローク溝が設けてあり、テーパ形プラグ２に固定されたバルブコア位置制限ピン３１が弧状ストローク溝内に配置されている。弧状ストローク溝の弧度は、前記テーパ形プラグ２の開放から閉止まで、または閉止から開放までに要する回転の角度と同一である（通常は９０度）。
【００２７】
前記可動歯ユニットは、第１可動歯４０および第２可動歯３７を有し、第１可動歯４０と第２可動歯３７は対称に配置されている。第１可動歯４０と第２可動歯３７は可動歯軸３９を軸に回転し、第１可動歯４０および第２可動歯３７にはそれぞれ第１可動歯ばね４２および第２可動歯ばね３８が接続されている。第１可動歯４０および第２可動歯３７の端部の上方および下方には、それぞれ第一ストッパ４１と第二ストッパ４３が設けられている。
【００２８】
駆動ステム５は太陽ギア１８を動かして時計回りに回転させ、太陽ギア１８は遊星ギア２２を動かして逆時計回りに自転させるとともにテーパ形プラグ２を時計回りに回転させるが、Ａ点でストップする。このとき、遊星ギア２２の歯と第一可動歯３０とはスリップ（空転）し、遊星ギア２２は自転するのみで、テーパ形プラグ２を回転させることはない。同様に、駆動ステム５が太陽ギアを動かして逆時計回りに回転させ、テーパ形プラグ２がＢ点に至ると、第二可動歯３７はスリップする。
【００２９】
以下、図面を参照し本発明のハードシールプラグバルブの閉止から開放までの全プロセスを説明する。図１に示すとおり、駆動ステム５を時計回りに最後まで回転させると、プラグバルブは遮断状態となる。このとき、押さえ内カバー１１と押さえ外カバー１２は、ずれて伸展状態となるが、外カバー４８とインナースクリューロッド５２はぴったりそろい、下位置制限軸肩部１９と太陽ギア１８の間に一定のストロークが残されている。駆動ステム５を逆時計回りに回転させると、押さえ内カバー１１が駆動ステム５の動きに連動して押さえ外カバー１２に対してらせん状に上に向かって移動し、弾性押さえ機構は収縮する。インナースクリューロッド５２は駆動ステム５の動きに連動して回転しながら上昇してプラグ支持座１４を押し上げ、テーパ形プラグ２を上昇させる。駆動ステム５を前記弾性押さえ機構が完全に収縮するまで回転させると、インナースクリューロッド５２は回転上昇してテーパ形プラグ２を最も高い位置まで上昇させる。下位置制限軸肩部１９が太陽ギア１８をブロックして、太陽ギア１８を逆時計回りに回転させるとともに、遊星ギア２２を時計回りに自転させつつ太陽ギア１８のまわりを逆時計回りに公転させる。これによりテーパ形プラグ２を回転させる。
【００３０】
テーパ形プラグ２がＡ点からＢ点まで回転し、テーパ形プラグ２に固定されたバルブコア位置制限ピン３１がインナーギア２３に設けられた弧状ストローク溝に位置を限定されてストップすると、テーパ形プラグ２のプラグポート３０は両端の第１貫通流路３３と第２貫通流路２４とぴったり位置が合い、図３に示すとおりプラグバルブは開放される。このとき、遊星ギア２２の歯は第２可動歯３７とスリップし、遊星ギア２２は自転するのみで、テーパ形プラグ２を回転させることはない。同時に、インナースクリューロッド５２の下軸肩部がライナー５１の下端面Ｄにブロックされて、インナースクリューロッド５２はライナー５１を動かして下降させ、伸縮機構１５が収縮を開始し、弾性押さえ機構は再度伸長を開始し、インナースクリューロッド５２と外カバー４８の位置がそろい、押さえ内カバー１１と押さえ外カバー１２がずれて最大位置まで伸展する状態に至る。このとき、テーパ形プラグ２はバルブボディ１のテーパ形キャビティ３２の中に完全にはめ込まれる。プラグバルブを開放する必要があれば、逆時計回りに駆動ステム５を回転させると、上記と同様の原理でバルブは開放される。
【００３１】
[実施例２]
図１１に伸縮機構をテーパ形プラグ下部に設置した四方形プラグバルブの概念図を示す。本実施例のプラグバルブは、伸縮機構１５がテーパ形プラグ２の下部に設置され、またテーパ形プラグ２とバルブボディ１が組み合わされて四方流路を有する点において実施例１のプラグバルブと異なる。その他の構成および動作の原理は実施例１と同様である。
【００３２】
[実施例３]
本実施例は、図１２に示すように磁気誘導駆動を採用している点において実施例２と異なる。すなわち、駆動ステム５の頂端に、駆動ステム５の周りを囲むように１つの円形のマグネット６６が配置され、マグネット６６の外側はシールドカバー６７で覆われている。シールドカバー６７は非透磁性のステンレス、銅、プラスティックなどで作製されており、マグネット６６の磁力を遮断しない。使用時には、シールドカバー６７の外側にさらに円形マグネット１つを配置し、シールドカバー６７内外のマグネットの位置を対応させるとともに極性を逆にする。シールドカバー６７の外側のマグネットが回転するとシールドカバー６７の内側のマグネット６６が連動して回転し、最終的には駆動ステム５を回転させて磁気誘導駆動を達成する。本実施例のその他の構成および動作の原理は実施例１と同様である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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